(57)【要約】【課題】可変的且つ連続的に、より広範な周波数帯においてのアイソレーションが確保可能になる高周波スイッチ回路を提供する。【解決手段】入力端Ｐ２と出力端Ｐ１との間に介設され、所定バイアス電圧に応答してオン状態になるＰＩＮダイオードＤと、ＰＩＮダイオードＤに並列接続され、オフ状態にあるＰＩＮダイオードＤの寄生キャパシタンスＣｐと所定の周波数帯で並列共振して、オフ状態における異なる周波数帯の信号の入力端Ｐ２から出力端Ｐ１への通過を阻止するバラクタダイオードＣｖ及び補償用インダクタＬｖを含む共振回路１０を有する。【選択図】図１
2006245996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端と出力端との間に介設され、所定バイアス電圧に応答してオン状態になるＰＩＮダイオードと、
前記ＰＩＮダイオードに並列接続され、オフ状態にある前記ＰＩＮダイオードの寄生キャパシタンスと所定の周波数帯で並列共振して、前記オフ状態における前記異なる周波数帯の信号の前記入力端から前記出力端への通過を阻止するバラクタダイオード及び補償用インダクタを含む共振回路と、
を有することを特徴とする高周波スイッチ回路。
【請求項２】
請求項１記載の高周波スイッチ回路において、
前記バラクタダイオードに印加されるバイアス電圧を変化させることにより前記バラクタダイオードの容量を変化させて、前記周波数帯を連続的に変化させる、
ことを特徴とする高周波スイッチ回路。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の高周波スイッチ回路において、
前記共振回路は、
前記ＰＩＮダイオードに並列接続され、オフ状態にある前記ＰＩＮダイオードの寄生キャパシタンスと複数の周波数帯で並列共振する梯子型回路を有し、前記オフ状態における異なる周波数帯の信号の前記入力端から前記出力端への通過を阻止する、
ことを特徴とする高周波スイッチ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波スイッチ回路に関し、特に、スイッチング素子としてＰＩＮダイオードを利用した高周波スイッチ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高周波数帯を扱う通信機器においては、ＰＩＮダイオードを利用した高周波スイッチ回路が多用されている。図１０（Ａ）は、この種の従来の高周波スイッチを示す回路図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の高周波スイッチのオフ状態における等価回路図である。図１１は、図１０の高周波スイッチのオン状態及びオフ状態における周波数特性図である。
【０００３】
図１０（Ａ）に示すように、この高周波スイッチは、所定の高周波信号が入力する入力端Ｐ２とこれを出力する出力端Ｐ１との間に介設され、順方向の所定バイアス電圧に応答してオフ状態からオン状態、又はオン状態からオフ状態に変移するＰＩＮダイオードＤを有する。入力端Ｐ２とＰＩＮダイオードＤとの間、及びＰＩＮダイオードＤと出力端Ｐ１との間にはそれぞれ、直流阻止用のコンデンサＣ１及びＣ２が直列接続されている。
【０００４】
また、オンオフ用のバイアス電圧＋Ｖが印加される制御端子とＰＩＮダイオードＤとの間、及びＰＩＮダイオードＤと接地端子との間にはそれぞれ、インダクタＬ１及びＬ２が直列接続されている。図１０（Ａ）のＰＩＮダイオードＤは、バイアス電圧＋Ｖが印加されていないとき、すなわち、オフ状態においては、図１０（Ｂ）のＤで示すように、寄生キャパシタンスＣｐ及び抵抗Ｒｐにより、等価的に表すことができる。この寄生キャパシタンスＣｐを積極的に利用して、特定の周波数帯ｆ１でのアイソレーションを高めるために、キャパシタンスＣｐと並列共振するためのインダクタＬｃがＰＩＮダイオードＤに並列接続されている。なお、Ｃｂは、直流阻止用コンデンサである。
【０００５】
このような構成において、ＰＩＮダイオードＤに所定のバイアス電圧＋Ｖが印加されているときには、ＰＩＮダイオードＤはオン状態になり、図１１の太線で示すような周波数特性を呈する。これに対して、ＰＩＮダイオードＤにバイアス電圧＋Ｖが印加されていないときには、ＰＩＮダイオードＤはオフ状態になり、図１１の細線で示すような周波数特性を呈する。すなわち、特定の周波数帯ｆ１において、図１０（Ｂ）のＤで示される寄生キャパシタンスＣｐと、インダクタＬｃとが共振することにより、この周波数帯ｆ１における、アイソレーション（オン状態での出力とオフ状態での出力の比）が確保される。なお、このような従来の高周波スイッチは、下記特許文献１においても示されている。
【０００６】
ところが、このような高周波スイッチは、上述のように狭帯域且つ特定の周波数帯ｆ１だけにしか対応できなかったため、この欠点を改善するために、本出願人は、下記特許文献３にて、多周波数帯対応型の高周波スイッチを提案した（図８も参照）。
【特許文献１】特開昭６３−１３４１８号公報
【特許文献２】特開平１０−１９０５００号公報
【特許文献３】特願２００４−１６３７６２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年、特許文献２で示すような多種の無線周波数に同一ハードウエアで対応可能なマルチバンド無線通信方式が提案されている。マルチバンド無線通信方式は、ＳＤＲ（Software Defined Radio；ソフトウエア無線）とよばれる通信方式への適用も検討されており、将来、普及が期待されている。このようなＳＤＲが普及した場合には、ある周波数帯において新規に追加された無線通信方式に対応する必要があるため、より広範な周波数帯にわたって連続的に周波数を可変できるようにする必要がある。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１の従来の高周波スイッチはいうまでもなく、特許文献３の高周波スイッチであっても、将来的に、上記ＳＤＲが普及した場合に十分対応できないことが懸念されている。すなわち、特許文献３の高周波スイッチは、予め定められた固定的な多周波数帯に対応できるものの、新規に追加された無線通信方式にフレキシブルに対応することは困難である。すなわち、より広範な周波数帯にわたって連続的に使用周波数帯が可変であるような高周波スイッチ回路が待望されている。
【０００９】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、可変的且つ連続的に、より広範な周波数帯においてのアイソレーションが確保可能になる高周波スイッチ回路を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の高周波スイッチ回路は、入力端と出力端との間に介設され、所定バイアス電圧に応答してオン状態になるＰＩＮダイオードと、前記ＰＩＮダイオードに並列接続され、オフ状態にある前記ＰＩＮダイオードの寄生キャパシタンスと所定の周波数帯で並列共振して、前記オフ状態における前記異なる周波数帯の信号の前記入力端から前記出力端への通過を阻止するバラクタダイオード及び補償用インダクタを含む共振回路と、を有することを特徴とする高周波スイッチ回路。
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、所定バイアス電圧に応答してオン状態になるＰＩＮダイオードには、オフ状態にあるＰＩＮダイオードの寄生キャパシタンスと所定の周波数帯で並列共振して、オフ状態における異なる周波数帯の信号の入力端から出力端への通過を阻止するバラクタダイオード及び補償用インダクタを含む共振回路が並列接続されている。
【００１２】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の高周波スイッチ回路は、請求項１記載の高周波スイッチ回路において、前記バラクタダイオードに印加されるバイアス電圧を変化させることにより前記バラクタダイオードの容量を変化させて、前記周波数帯を連続的に変化させる、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、バラクタダイオードに印加されるバイアス電圧を変化させることによりバラクタダイオードの容量を変化させて、周波数帯を連続的に変化させる。
【００１４】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の高周波スイッチ回路は、請求項１又は請求項２記載の高周波スイッチ回路において、前記共振回路は、前記ＰＩＮダイオードに並列接続され、オフ状態にある前記ＰＩＮダイオードの寄生キャパシタンスと複数の周波数帯で並列共振する梯子型回路を有し、前記オフ状態における異なる周波数帯の信号の前記入力端から前記出力端への通過を阻止する、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、所定バイアス電圧に応答してオン状態になるＰＩＮダイオードには、オフ状態にあるＰＩＮダイオードの寄生キャパシタンスと複数の周波数帯で並列共振する梯子型回路を有し、オフ状態における異なる周波数帯の信号の入力端から出力端への通過を阻止する、バラクタダイオード及び補償用インダクタを含む共振回路が並列接続されている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明によれば、所定バイアス電圧に応答してオン状態になるＰＩＮダイオードには、オフ状態にあるＰＩＮダイオードの寄生キャパシタンスと所定の周波数帯で並列共振して、オフ状態における異なる周波数帯の信号の入力端から出力端への通過を阻止するバラクタダイオード及び補償用インダクタを含む共振回路が並列接続されている。したがって、可変的に、多周波数帯においてのアイソレーションが確保可能になる。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、バラクタダイオードに印加されるバイアス電圧を変化させることによりバラクタダイオードの容量を変化させて、周波数帯を連続的に変化させる。したがって、可変的且つ連続的に、多周波数帯においてのアイソレーションが確保可能になる。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、所定バイアス電圧に応答してオン状態になるＰＩＮダイオードには、オフ状態にあるＰＩＮダイオードの寄生キャパシタンスと複数の周波数帯で並列共振する梯子型回路を有し、オフ状態における異なる周波数帯の信号の入力端から出力端への通過を阻止する、バラクタダイオード及び補償用インダクタを含む共振回路が並列接続されている。したがって、可変的且つ連続的に、更に広い周波数帯においてのアイソレーションが確保可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる高周波スイッチを示す回路図である。図２及び図３は、図１の高周波スイッチの周波数特性を考察した結果を示す周波数特性図である。
【００２０】
図１に示すように、この実施形態の高周波スイッチは、所定の高周波信号が入力する入力端Ｐ２とこれを出力する出力端Ｐ１との間に介設され、順方向の所定バイアス電圧に応答してオフ状態からオン状態、又はオン状態からオフ状態に変移するＰＩＮダイオードＤを有する。入力端Ｐ２とＰＩＮダイオードＤとの間、及びＰＩＮダイオードＤと出力端Ｐ１との間にはそれぞれ、直流阻止用のコンデンサＣ１及びＣ２が直列接続されている。
【００２１】
また、オンオフ用のバイアス電圧＋Ｖが印加される制御端子とＰＩＮダイオードＤとの間、及びＰＩＮダイオードＤと接地端子との間にはそれぞれ、インダクタＬ１及びＬ２が直列接続されている。図１のＰＩＮダイオードＤは、バイアス電圧＋Ｖが印加されていないとき、すなわち、オフ状態においては、図１０（Ｂ）のＤで示したように、寄生キャパシタンスＣｐ及び抵抗Ｒｐにより、等価的に表すことができる。この寄生キャパシタンスＣｐを積極的に利用して、特定の周波数帯でのアイソレーションを高めるために、キャパシタンスＣｐと並列共振するためのインダクタＬｃがＰＩＮダイオードＤに並列接続されている。なお、Ｃｂは、直流阻止用コンデンサである。
【００２２】
更に、この実施形態では、ＰＩＮダイオードＤにバラクタダイオードＣｖ及び補償用インダクタＬｖが並列接続されている。すなわち、この実施形態では、ＰＩＮダイオードＤに並列接続され、オフ状態にあるＰＩＮダイオードの寄生キャパシタンスＣｐと所定の周波数帯で並列共振して、オフ状態における異なる周波数帯の信号の入力端Ｐ２から出力端Ｐ１への通過を阻止するバラクタダイオードＣｖ及び補償用インダクタＬｖを含む共振回路１０を有している。
【００２３】
このような構成において、上記バラクタダイオードＣｖ及び補償用インダクタＬｖがない場合には、上述したように、ＰＩＮダイオードＤに所定のバイアス電圧＋Ｖが印加されているときには、ＰＩＮダイオードＤはオン状態になり、図１１の太線で示した周波数特性を呈する。これに対して、ＰＩＮダイオードＤにバイアス電圧＋Ｖが印加されていないときには、ＰＩＮダイオードＤはオフ状態になり、図１１の細線で示したような周波数特性を呈する。すなわち、特定の周波数帯ｆ１において、図１０（Ｂ）のＤで示される寄生キャパシタンスＣｐと、インダクタＬｃとが共振することにより、この周波数帯における、アイソレーション（オン状態での出力とオフ状態での出力の比）が発生する。
【００２４】
ところが、この実施形態では、上述のように、共振回路１０にバラクタダイオードＣｖ及び補償用インダクタＬｖが並列に追加されているので、可変的且つ連続的に、使用周波数を設定することができる。
【００２５】
すなわち、図１の共振回路１０にインピーダンスＺは以下の式（１）で表すことができる。
【００２６】
【数１】
2006245996.tif 000003
【００２７】
式（１）において、分母が０になった場合に、アイソレーションが最大になる。その周波数ｆは、以下の式（２）で計算される。
【００２８】
【数２】
2006245996.tif 000004
【００２９】
なお、周波数可変範囲は、寄生キャパシタンスＣｐ及びインダクタＬｃだけでなく、コンデンサＣｂのキャパシタンスによっても影響されるので、コンデンサＣｂのキャパシタンスを最適化することも設計上重要となる。例えば、Ｃｐ＝０．３５ｐＦ、Ｌｃ＝０．６ｎＨ又は６．０ｎＨの場合に、Ｃｂ＝２０ｐＦ及び１ｐＦのときの上式による計算結果をそれぞれ、図２及び図３に示している。
【００３０】
図２に示すように、コンデンサＣｂのキャパシタンスを小さくすると周波数可変範囲が広がるが、有効周波数範囲が低くなる欠点がある。逆に、コンデンサＣｂのキャパシタンスを大きくすると周波数可変範囲が狭くなることになる。現実的には、このような特性を考慮のうえ、仕様に応じてコンデンサＣｂのキャパシタンスを変化させて設計することが重要となる。
【００３１】
このような点を考慮して、現状に対応できるように設計した高周波スイッチの測定結果を図４及び図５に示す。図４及び図５はそれぞれ、図１の高周波スイッチによる、オン状態及びオフ状態における周波数特性を例示する周波数特性図である。図６は、図１の実施形態により対応可能となるシステム及び周波数帯を例示する図である。
【００３２】
図４及び図５は共に、Ｃｐ＝０．３５ｐＦ、Ｌｃ＝５．６ｎＨ、Ｃｂ＝３．０ｐＦとした測定結果である。また、図１の回路では、ＳＰＳＴ（Single-Pole Single-Throw）構造であるが、ここで示す結果は、ＳＰＤＴ（Single-Pole Double-Throw）構造とした場合のものである。しかしながら、ＳＰＳＴでもＳＰＤＴでも本質的な特性は同じである。なお、図４及び図５において、上記図１０に示した従来回路による測定結果も併記している。
【００３３】
図５に示すように、オフ状態のアイソレーションが例えば２０ｄＢ以上となる周波数帯が従来では、８４０ＭＨｚ（１５５０−２３９０ＭＨｚ）であったのに対し、本実施形態によると、１３７０ＭＨｚ（１２３０−２６００ＭＨｚ）になっており、６０％程度も帯域を拡張することができた。すなわち、この実施形態によれば、可変的且つ連続的に、広周波数帯においてのアイソレーションが確保可能になる。
【００３４】
このような広帯域化により、現実的に、図６に示すように、ＰＤＣ、ＧＰＳ、ＰＨＳ、Ｗ−ＣＤＭＡ及びＷＬＡＮで使用される５種類のシステムの周波数帯に対応可能になったことがわかる。これは、同一ハードウエアを用いて、５種類のシステムに対応できることを示すものでもある。
【００３５】
次に、実際にＳＤＲ端末の一部として上記実施形態を使用する場合のシステム構成例を図７を用いて説明する。図７は、図１の高周波スイッチ回路を使用したＳＤＲ端末の一部のシステム構成例を示すブロック図である。
【００３６】
図７において、マイクロコンピュータを含む制御部５から使用したい周波数帯を示す情報が出力されると、Ｄ／Ａ変換器６により、バイアス電圧Ｖｂ（図１参照）を調整して、ＳＰＤＴスイッチ１の周波数帯を制御する。そして、使用したい周波数帯に対応するベースバンド信号がベースバンド部４、受信機２、送信機３で送受信されて、制御部５に入出力される。アンテナＡＮＴは、想定される全ての周波数帯対応な周知の多周波数帯対応型が使用される。
【００３７】
従来のマルチバンド端末では、周波数帯毎にそれぞれ送受信回路を持つ必要があったが、上記図７で示した実施形態を利用することにより、ひとつの送受信回路をソフトウエアで書き換えることにより、複数の周波数帯に対応することが可能になる。また、使用周波数帯を新たに追加したときにも、ソフトウエアにより容易に対応可能になる。
【００３８】
次に、梯子型回路への応用例を図８及び図９を用いて説明する。図８は、提案されている梯子型回路を含む高周波スイッチ回路を示す回路図である。図９は、本発明の他の実施形態に係る梯子型回路を含む高周波スイッチ回路を示す回路図である。
【００３９】
高周波スイッチ回路に梯子型回路を使用すると、多周波数帯、すなわち、より広い周波数帯においてのアイソレーションが確保可能になる。図８の回路は、上記特許文献３にて、本出願人にて提案されている梯子型回路を含む高周波スイッチ回路である。
【００４０】
図８に示す回路は、一対の高周波スイッチから構成される。図中、左側の高周波スイッチは、図１の高周波スイッチ回路を、梯子型回路を含む高周波スイッチ回路に拡張したものであり、ＰＩＮダイオードＤに並列接続された、コンデンサＣ１２、インダクタＬ１１、Ｌ１２からなる梯子型回路を含む共振回路２０を有している。Ｃｂは、直流阻止用コンデンサである。また、図中、右側の高周波スイッチも同様に、ＰＩＮダイオードＤに並列接続された、コンデンサＣ１２、インダクタＬ１１、Ｌ１２からなる梯子型回路を含む共振回路を有している。なお、図１と共通する部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、バイアス電圧＋Ｖａ及び＋Ｖｂが、左右のＰＩＮダイオードＤをオンオフさせるために印加される。なお、ここに示した高周波スイッチ回路は、ＳＰＤＴ構造をしている。
【００４１】
この実施形態では、図９に示すように、図８中の共振回路２０のＰＩＮダイオードＤに、図１の実施形態に準じて、バラクタダイオードＣｖ１、Ｃｖ２及び補償用インダクタＬｖ１、Ｌｖ２を並列接続する。すなわち、この実施形態では、ＰＩＮダイオードＤに並列接続され、オフ状態にあるＰＩＮダイオードＤの寄生キャパシタンスＣｐと複数の周波数帯で並列共振する梯子型回路を有し、オフ状態における異なる周波数帯の信号の入力端Ｐ２から出力端Ｐ１への通過を阻止する、バラクタダイオードＣｖ１、Ｃｖ２及び補償用インダクタＬｖ１、Ｌｖ２を含む共振回路２０′を有している。そして、バラクタダイオードＣｖ１、Ｃｖ２のそれぞれのバイアス電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２を別々に調整すれば、複数の周波数帯を別々に制御することが可能となる。なお、図９に示した高周波スイッチ回路は、ＳＰＳＴ構造をしているが、図８のＳＰＤＴ構造にも容易に拡張可能である。
【００４２】
このように、梯子型回路を有する共振回路に拡張することにより、可変的且つ連続的に、更に広い周波数帯においてのアイソレーションが確保可能になる。
【００４３】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、可変的且つ連続的に、より広範な周波数帯においてのアイソレーションが確保可能になる。また、将来的に、ＳＤＲが普及した場合にも、容易にシステム拡張に対応可能となる。
【００４４】
なお、本発明は、３段以上の多段の梯子型回路を有する共振回路にも適用可能である。また、本発明は、ＳＤＲ以外のマルチバンド対応端末にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる高周波スイッチを示す回路図である。
【図２】図１の高周波スイッチの周波数特性を考察した結果を示す周波数特性図である。
【図３】図１の高周波スイッチの周波数特性を考察した結果を示す周波数特性図である。
【図４】図１の高周波スイッチによる、オン状態における周波数特性を例示する周波数特性図である。
【図５】図１の高周波スイッチによる、オフ状態における周波数特性を例示する周波数特性図である。
【図６】図１の実施形態により対応可能となるシステム及び周波数帯を例示する図である。
【図７】図１の高周波スイッチ回路を使用したＳＤＲ端末の一部のシステム構成例を示すブロック図である。
【図８】提案されている梯子型回路を含む高周波スイッチ回路を示す回路図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る梯子型回路を含む高周波スイッチ回路を示す回路図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、この種の従来の高周波スイッチを示す回路図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の高周波スイッチのオフ状態における等価回路図である。
【図１１】図１０の高周波スイッチのオン状態及びオフ状態における周波数特性図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  ＳＰＤＴスイッチ
２  受信機
３  送信機
４  ベースバンド部
５  制御部
６  Ｄ／Ａ変換器
ＡＮＴ  アンテナ
１０、２０、２０′  共振回路
Ｄ  ＰＩＮダイオード
Ｃｖ  バラクタダイオード
【図１】
2006245996.tif 000005
【図２】
2006245996.tif 000006
【図３】
2006245996.tif 000007
【図４】
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【図５】
2006245996.tif 000009
【図６】
2006245996.tif 000010
【図７】
2006245996.tif 000011
【図８】
2006245996.tif 000012
【図９】
2006245996.tif 000013
【図１０】
2006245996.tif 000014
【図１１】
2006245996.tif 000015